대기압 플라즈마 젯의 액체시료 반응 연구 :

권양원

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자료유형: 학위논문

저자정보: 권양원 (동아대학교, 동아대학교 대학원)

지도교수: 정태훈

발행연도: 2017

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2017

대기압 플라즈마 젯의 액체시료 반응 연구

권양원 물리 2017.01 학위논문

2016

저주파 및 고주파 구동 대기압 플라즈마 젯의 특성 비교

권양원 , 백은정 , 엄인섭 외 3명 한국진공학회 학술발표회초록집 2016.02 학술대회자료

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본 연구는 대기압 RF 플라즈마 젯과 평행 도선 전송선 공진기(two-parallel-wires transmission line resonator, TPWR)로 발진되는마이크로 파 대기압 아르곤 플라즈마 젯의 특성을 진단하였다. 대기압 RF 플라즈마 젯의 경우 플라즈마 발생 기체로 헬륨을 사용하였고 펜슬 형태의 수정관 내부에 구리 팁과 그 주변을 테프론 튜브로 감싸주었다. 그리고 팁 외부에 접지된 링 전극을 설치하여 전기장이 팁 주위에 집중 되도록 하였다. 전압 프로브와 전류 모니터를 이용하여 I - V 특성 곡선과 방전 전류 값을 얻었다. 측정된 전압, 방전 전류, 위상차를 사용하여 방전전력 (discharge power)을 계산하였다. 광섬유 온도계를 사용하여 플라즈마 기체온도를 측정하였고, 광 방출 분광법 (optical emission spectroscopy: OES)를 이용하여 광 방출 특성을 조사하였다. 플라즈마 플륨 (plume) 내부에 헬륨 입자뿐만 아니라 대기와 충돌하여서 생성된 OH, O, NO 그리고 H 와 같은 활성 종들이 존재함을 알 수 있었다. 또한 광 방출 스펙트럼을 볼츠만 플롯 방법 (boltzmann plot method)으로 분석하여 전자 여기온도를 측정하였다. 또한 자외선 흡수 분광학 (UV absorbance)을 이용하여 플라즈마와 액체 사이의 상호작용을 통해 생성된 활성산소 및 질소 종 (reactive oxygen and nitrogen species)을 정성적으로 측정하였다. 또한 TA solution을 이용하여 플라즈마 처리된 액체 내의 OH의 농도를 측정하였다. OH 농도는 인가전압이 증가할수록 일정하게 증가하였으며, 기체유량이 0.5 L/min에서 1 L/min까지 조절 할 때 OH 밀도는 증가하였고, 그 이후부터는 감소하였다.
평행 도선 전송선 공진기로 발진되는 마이크로 파 대기압 아르곤 플라즈마 젯의 경우 대기압 RF 플라즈마 젯과 동일하게 OES를 이용한 광 방출 특성을 알아보고 볼츠만 플롯 방법으로 여기온도를 측정하였고, OH의 회전 온도 (rotational temperature, Trot)를 측정하였다. 그리고 스타크 선폭 퍼짐 (Stark broadening)을 이용하여 전자 밀도를 계산해 보았다. 마이크로 파 젯을 액체에 처리하여 Griess Assay 분석으로 플라즈마 - 액체의 NO2-의 농도를 측정했다. 입력 전력 (input power)과 처리시간 (treatment time)에 따라서 NO2-의 농도가 증가하였고, 순수한 액체 일 때보다 암세포 (cancer cell)가 담긴 액체의 경우 NO2-의 농도가 높게 측정되었다.

In this work, atmospheric pressure RF plasma jets and microwave-excited atmospheric-pressure argon plasma jet using two-parallel-wires transmission line resonator (TPWR) are characterized. In the atmospheric pressure RF plasma jet, helium was used as the plasma generating gas, and the tungsten tip was covered with a Teflon tube inside the pencil-shaped quartz. Then, a ring electrode was placed outside the tip so that the electric field was concentrated on the tip. The I-V wave forms and discharge current were obtained using a voltage probe and a current monitor. The discharge power was obtained using the measured voltage, discharge current, and phase angle. An optical fiber thermometer was used to measure the plasma gas temperature. The optical emission characteristics using OES (Optical Emission Spectroscopy) were investigated. It was found that not only helium particles but also active species such as OH, O, NO and H generated by collision with the atmosphere are present in the plasma plume. Also, the electron excitation temperature was measured using the Boltzmann plot method. In addition, reactive oxygen and nitrogen species (RONS) generated by the interactions between plasma and liquid were measured using UV absorbance. The concentration of OH in the plasma-treated liquid was also obtained using TA solution. Density of OH radical species increase with the discharge power. At the flow rate of 1 L/min, the OH radical density has the maximum.
The optical emission characteristics of microwave-excited atmospheric argon plasma jet using two-parallel-wires transmission line resonator (TPWR) was investigated and the excitation temperature was obtained using the Boltzmann plot method. Then, the electron density was calculated using Stark Broadening. The concentration of NO2- in the plasma-treated liquid was obtained using the Griess assay analysis. The concentration of NO2- increased with the input power and treatment time. The NO2- concentration of liquid containing cells was measured to be relatively higher than that of the pure liquid.

#물리학 #활성 산소 및 질소 종 #플라즈마 전자 밀도

Ⅰ. 서론 1
Ⅱ. 이론 3
1. 플라즈마의 개념 3
2. 대기압 플라즈마 발생 방법 4
3. 플라즈마 기체 온도 6
4. 전자 밀도 계산 7
Ⅲ. 실험 장치 및 실험 방법 10
Ⅳ. 실험 결과 14
1. 대기압 RF 플라즈마 젯의 전기적 특성 14
2. 대기압 RF 플라즈마 젯의 광학적 특성 18
3. 대기압 RF 플라즈마 젯의 UV 흡수 분광학 21
4. 대기압 RF 플라즈마 젯으로 처리된 액체 내의 OH 농도 측정 21
5. 대기압 마이크로파 플라즈마 젯의 광학적 특성 27
6. 대기압 마이크로파 플라즈마 젯으로 처리된 액체 내의 Griess Assay 분석 34
Ⅴ. 결론 36

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